驅動裝置和閥門控制裝置的制作方法

本發明涉及一種驅動裝置，其包括：馬達驅動軸，其提供馬達的驅動力；工作軸，驅動裝置通過工作軸釋放和接收轉動力；聯軸器，聯軸器設置用于從馬達驅動軸傳遞轉動力至工作軸以及從工作軸傳遞轉動力至馬達驅動軸；以及制動裝置，其以制動力反抗工作軸的轉動。此外本發明還涉及一種閥門控制裝置，閥門控制裝置具有能夠繞轉軸轉動地安置的閥門、馬達和上述類型的驅動裝置。

背景技術：

在現有技術中公知特別是用來電動地控制門或閥的驅動裝置，例如用來電動地打開或關閉汽車閥門的裝置。在此通過聯軸器將電動馬達的力傳遞至負有閥門的工作軸。根據應用領域在公知的裝置的使用過程中也必然會出現以下情況，其中從工作軸這一側將扭矩輸入驅動裝置。特別是在垂直移動的閥門中，通過閥門的自重將轉動力引入驅動軸。此外，在驅動裝置的使用過程中，使用者通過手動移動閥門將轉矩輸入工作軸。

為了避免從工作軸傳遞轉動力到馬達驅動軸時馬達的過量載荷，或者避免在馬達處于關閉狀態時無意中調節了閥門(例如通過自重影響)，公知的驅動裝置具有分隔開的制動裝置，其以預設的阻力反抗驅動裝置的軸轉動。在閥門垂直移動的情況中這樣測定制動裝置的制動力，即，避免閥門在馬達靜止時不受約束地下移從而保持住閥門既設的轉動位置。此外公知有制動裝置，為了避免使用者手動轉動馬達且由此避免馬達可能發生的過載，制動裝置在馬達靜止時固定了工作軸和馬達驅動軸之間特定的轉動位置。

具有上述類型的制動裝置的驅動裝置有以下缺陷，即，為了使工作軸轉動，不得不由馬達克服在驅動裝置工作時的制動裝置的制動作用。前述制動裝置的效用因而被驅動裝置工作時的能源效率抵消。

技術實現要素：

在這一問題背景之下，本發明的目的在于提供一種驅動裝置及閥門控制裝置，其具有大的功能范圍并同時以更高的能源效率工作。

根據第一方面，本發明目的通過驅動裝置得以解決，其包括：馬達驅動軸，其提供馬達的驅動力；工作軸，驅動裝置通過工作軸釋放和接收轉動力；聯軸器，聯軸器設置用于從馬達驅動軸傳遞轉動力至工作軸以及從工作軸傳遞轉動力至馬達驅動軸；以及制動裝置，其以制動力反抗工作軸的轉動，其中，在轉動力由工作軸傳遞至馬達驅動軸的過程中，制動裝置以第一制動力反抗轉動，并且其中，在轉動力由馬達驅動軸傳遞至工作軸的過程中，制動裝置以第二制動力反抗轉動，其中第二制動力小于第一制動力，或者制動裝置基本上不以制動力反抗工作軸的轉動。

根據第一方面本發明的一個重要特征，從工作軸傳遞轉動力到馬達驅動軸時制動裝置產生的制動力大于從馬達驅動軸傳遞轉動力到工作軸時制動裝置產生的制動力，其中優選地，在后一種情況中制動裝置基本完全不施加制動力。根據轉動力傳遞的方向(從工作軸到馬達驅動軸或者相反的方向)，制動裝置從而改變其制動力或制動作用。結果當由工作軸輸入轉動力時，例如基于連接于工作軸的閥門的重力或者基于使用者輸入的扭矩，制動裝置以期望的強度發生作用，然而若在馬達傳遞力時將制動裝置換擋到降低的制動模式或制動器松開的模式，從而馬達在驅動工作軸時只需克服降低的制動力或優選地基本上不用克服制動力。由此能夠更有效地利用馬達功率并且提高驅動裝置的能源效率。

在本發明的優選的實施例中，聯軸器設置用于在兩個轉動方向傳遞轉動力，換言之，在由馬達驅動軸到工作軸傳遞轉動力的過程中，在兩個方向都能夠通過馬達動力使工作軸轉動，或/和驅動裝置用于接收、抑制或允許工作軸在兩個方向的轉動。以此種方式能夠提高驅動裝置的功能范圍。在本發明的一種方案中，當從工作軸傳遞轉動力到馬達驅動軸時，制動裝置能夠在第二轉動方向產生反抗轉動的第一制動力，其中制動裝置在轉動力由工作軸傳遞到馬達驅動軸的過程中、在與第二轉動方向相反的第一轉動方向上產生第三制動力且反抗轉動，第三制動力小于第一制動力，或基本上不以制動力反抗轉動。在轉動力由工作軸傳遞到馬達驅動軸的過程中，制動裝置能夠因此視轉動方向而工作，以致其能夠在一個轉動方向產生第一制動力且在另一個轉動方向產生小一些的第三制動力或不產生制動力。本方案中的驅動裝置例如有特別的優點，為了在馬達靜止時也能將閥門保持在既設的位置并且同時允許使用者手動向上移動閥門，使工作軸和在垂直方向移動的閥門連接而且制動裝置在閥門向下移動的過程中施加第一(更高的)制動力。

在本發明的另一優選實施例中有如下設置，即聯軸器具有布置在或設計于工作軸和馬達驅動軸中的一個處的第一聯軸器構件，并且聯軸器具有布置在或設計于工作軸和馬達驅動軸中的另一個處的第二聯軸器構件，其中兩個聯軸器構件為了傳遞轉動力彼此連接或能夠連接。第一聯軸器構件在此具有第一撞塊，為了在第一轉動方向的轉動過程中同步第二撞塊并將第一轉動方向的轉動力傳遞至第二聯軸器構件，第一撞塊相對于轉軸在圓周方向上碰撞第二聯軸器構件的第二撞塊。這樣的轉動撞塊實現了聯軸器構件之間的形狀吻合的連接從而可靠地以相對簡單的機械布置實現轉動的同步。

此外在使用具有前述類型轉動撞塊的聯軸器時優選的是，第一聯軸器構件具有第三撞塊，為了在與第一轉動方向相反的第二轉動方向的轉動過程中同步第四撞塊并將第二轉動方向的轉動力傳遞至第二聯軸器構件，第三撞塊相對于轉軸在圓周方向上碰撞第二聯軸器構件的第四撞塊，那么其中當第三撞塊撞擊第四撞塊時，以距第二撞塊一定距離布置第一撞塊，從而使聯軸器構件之間具有預設的空轉角度。充分利用提供的空轉角度能夠有利于識別轉動力是在哪個方向上傳遞的，換言之，是從工作軸到馬達驅動軸還是從馬達驅動軸到工作軸。詳細來說就是可以通過提供空轉角度從而形成角度區域，在角度區域中兩個聯軸器構件都能夠不需立刻同步地彼此相對轉動，因此布置在空轉角度中的換擋設備能夠識別轉動驅動是來自第一聯軸器構件還是來自第二聯軸器構件，換言之，能夠識別轉動力是由馬達驅動軸輸入還是由工作軸輸入。當兩個聯軸器構件在空轉角度之內都相對彼此轉動時，那么部分制動裝置優選以所述換擋設備的形式發生作用。

優選地，制動裝置包括和工作軸或馬達驅動軸(也可能是和各自配置的聯軸器構件)共同移動的制動體，其在制動時被按壓在相對于工作軸和馬達驅動軸保持固定的制動面上。這樣就實現了摩擦的制動作用且減弱了制動過程從而保護了材料并降低了噪聲。為了降低制動裝置的磨損，在此制動體可以是滾動體。制動面能夠呈環形圍繞轉軸，由此能夠簡單地整合制動裝置。

若制動體在第一聯軸器構件的控制面上沿控制面的延伸方向滾動或滑動，則可實現可靠的且同時機械上相對簡單的制動裝置或聯軸器，其中，控制面的延伸方向的取向與轉軸正交且與徑向呈一定角度，優選至少區段性地與徑向正交，或/和其中，通過在第一聯軸器構件的圓柱形的外周處局部地加深或削平從而形成控制面。在使用制動體的本方案或其他方案中可為有利的是使用多個制動體，其優選以彼此均等的角度間隔圍繞轉軸分布。這種方式使驅動裝置在制動時具有適度的機械載荷且極大地避免了轉軸在橫穿轉軸方向的應力。

為了實現本發明，可以用特別簡單的方式依方向來控制制動裝置的制動體，這樣在以預設的轉動方向從工作軸傳遞轉動力到馬達驅動軸時，通過第一聯軸器構件將制動體按壓在制動面上，且在以預設的轉動方向從馬達驅動軸傳遞轉動力到工作軸時，通過第二聯軸器使制動體在用于松開其和制動面的接合的方向移動。根據是哪一個構件(工作軸或馬達驅動軸)引入了轉動力，各個配置在該元件處的聯軸器構件使制動體朝制動面移動或者遠離制動面移動。根據力線通量的方向從而通過制動面處的制動體設備來抑制轉動(在工作軸輸入轉動力)，或將制動體從制動面推開從而取消制動作用(在驅動軸輸入轉動力)。

根據本發明的第二方面——通過閥門控制裝置解決上述發明目的，閥門控制裝置包括能夠圍繞轉軸轉動地安置的閥門、馬達和根據本發明第一方面的驅動裝置，其中，為了在打開方向和關閉方向操作閥門，馬達軸提供馬達的驅動力且工作軸使轉軸移動。通過本發明第二方面的閥門控制裝置能夠將前述與本發明的第一方面相關的優點和功能充分用于控制閥門的移動，例如控制汽車后備箱蓋的汽車制造中的閥門。替代地，能夠將閥門控制裝置應用于門或其它構件的偏轉，門或其它構件電動地偏轉過預設的角度區域。

為了實現緊湊的布置，優選將轉軸與工作軸同軸布置或轉軸通過工作軸形成。那么特別地，也可視覺上不顯眼地和節省結構空間地把閥門控制裝置整合到閥門的鉸鏈布置中，從而特別地，相對于公知的三角造型，閥門控制裝置具有閥門與框架之間可伸縮的氣缸帶來的優點。

特別地，若令閥門在關閉方向下降且制動裝置以第一(更高的)制動力反抗閥門在關閉方向的移動，那么本發明特別是依賴方向的制動裝置的優點即為支承(Tragen)。那么第一制動力能夠用來在馬達靜止時保持閥門不動，然而在閥門由馬達控制并向上移動時小一些的制動力將起作用或不存在制動力，因此馬達能以更有效的方式將其功率用于克服閥門的重力。

附圖說明

以下將基于優選實施例并參考附圖進一步闡述本發明。其中：

圖1示出了根據本發明第一實施例的驅動裝置沿轉軸截面的整體視圖；

圖2示出了圖1中的驅動裝置的聯軸器區域的區段放大圖；

圖3示出了驅動裝置的聯軸器的立體分解圖；

圖4示出了驅動裝置的聯軸器的另一立體分解圖；

圖5a示出了聯軸器的根據圖2中的剖面線A-A的剖面圖，其對應在第一轉動方向的馬達驅動；

圖5b示出了根據圖2中的剖面線B-B的剖面圖，其對應在第一轉動方向的馬達驅動；

圖6a、6b示出了根據圖5a、5b的視圖，然而對應第二轉動方向的馬達驅動；

圖7a、7b示出了根據圖5a、5b的視圖，然而對應第一轉動方向的閥門側的驅動；且

圖8a、8b示出了根據圖5a、5b的視圖，然而對應第二轉動方向的閥門側的驅動；

圖9示出了類似圖5b的視圖，然而是根據本發明第二實施例的驅動單元的視圖。

具體實施方式

根據本發明的第一實施例的驅動裝置在圖1～8中統一標注為10，且包括：馬達驅動軸12，其提供圖中未示出的馬達的驅動力；工作軸14，其向和其連接的工作元件(同樣未示出)釋放轉動力或從該工作元件接收轉動力；以及布置在馬達驅動軸12和工作軸14之間的聯軸器16，其用于從馬達驅動軸12傳遞轉動力到工作軸14或從工作軸14傳遞轉動力到馬達驅動軸12。馬達驅動軸12和工作軸14優選相對彼此同軸地布置。驅動裝置的上述構件被放置在外殼18內，且特別地，在外殼18中圍繞轉軸R能夠轉動地安置。特別地，外殼相應地具有圓筒造型，其具有轉軸R作為圓筒軸。

特別如圖2所示，為了將馬達的轉動力輸入驅動裝置10，馬達驅動軸12(或馬達輸出軸)和未進一步說明的馬達、特別是電動馬達的轉子20抗扭地連接。馬達優選放置在外殼18中并固定在其中。工作軸14在支座22處能夠轉動地支承在外殼18中。馬達驅動軸12和工作軸14相互靠近的端部與聯軸器16的相應的聯軸器構件抗扭地連接，下面將進一步進行解釋。

接下來將參照圖2至圖4進一步闡述聯軸器16的結構。聯軸器16包括與工作軸14抗扭地連接的第一聯軸器構件24以及與馬達驅動軸12抗扭地連接的第二聯軸器構件26。為了相互傳遞轉動力，聯軸器構件24、26能夠彼此形狀吻合地接合。形狀吻合能夠通過至少一個突起部28實現，其從兩個聯軸器構件24、26的一個伸出并且接合于兩個聯軸器構件24、26中的另一個配置的凹部30。在聯軸器構件24、26相對彼此轉動時，突起部28和凹部30能夠在圓周方向同步轉動。在已說明的實施例中，多個突起部28(例如四個突起部)分布地設置在圓周方向，其接合于相應數量的凹部30，因此聯軸器構件24、26以嚙合的方式相互接合。

圖5a、6a、7a和8a中示出了突起部28和凹部30的剖面圖。圖6a中可看出，第一聯軸器構件24的突起部28在周向長度L1上延伸，其優選小于相應的凹部30的周向長度L2，因此突起部28和凹部30之間在圓周方向留出空隙32。空隙32對應于空轉角度W，在該角度內兩個聯軸器構件24、26能夠相對彼此自由地轉動。

驅動裝置10還包括制動裝置34，其優選布置在聯軸器16區域。在已闡述的實施例中，制動裝置34包括制動缸36以及至少一個制動體38，制動體容納于制動缸36的圓柱形的內部制動面40和第一聯軸器構件24的控制面42之間。制動體38設計為滾動體、特別設計為圓柱形滾筒，其在第一聯軸器24的外周處的或制動缸36的內部制動面40處的形成控制面42的凹部或削平處滾動。一對制動體撞塊面44、46在圓周方向上的兩個方向中都限制制動體38的移動。

特別節省空間的是，制動裝置34能夠在不顯著擴大聯軸器16的結構空間的情況下整合到聯軸器中。在此像前述實施例已實現的那樣，控制面42設置于第一聯軸器構件24的圓柱形的突起部48處，其在轉軸R的軸向被推入第二聯軸器構件26。在第二聯軸器構件26的對應于控制面42的周向長度區段處設計有開口50，其中設置有制動體38，且開口通過其內部邊緣形成制動體38的撞塊44、46。第二聯軸器構件26的圓柱形壁52的壁厚在以下區域小于制動體38的直徑，該區域能夠容納第一聯軸器構件24的圓柱形的突起部48，因此平放于第一聯軸器構件24的控制面42之上的制動體38貫穿了開口50并且一路到達圓柱形壁52的外表面或更遠處。制動體38從而能夠接觸到制動缸36的內部制動面40，制動缸被適當地推過第二聯軸器構件的壁52。

特別地如圖5b、6b、7b和8b中所示，控制面42優選為這樣的形式，即，其在圓周方向(也就是說在制動體38的滾動方向)的至少一個第一端部54處具有比中段56中更大的離轉軸R的徑向距離。在中段56中，控制面42和制動缸36的內部制動面40之間的徑向距離大于或等于制動體38的直徑，因此制動體38能夠在控制面42和制動缸36的制動面40之間移動甚至還有空隙(Spiel)。在控制面42的第一端部54的區域，也就是說遠離中段56，控制面42和制動缸36之間的徑向距離小于制動體38的直徑。結果，制動體38在從中段56到控制面42的端部54的移動過程中夾進控制面42和制動缸36之間的空隙中，從而阻止了第一聯軸器構件24和制動缸36之間的相對移動，并且制動裝置34處于制動狀態。如果相反地，將制動體38設置在控制面42的中段56處，那么第一聯軸器構件24和制動缸36能夠相對彼此轉動。

制動缸36原則上能夠和外殼18直接固定地連接甚或由外殼18的內壁形成。然而優選的是，制動缸36通過彈性裝置與外殼18連接，因此在制動作用時不會發生突然阻止工作軸14轉動的情況以及驅動裝置10或與之鄰接的組件因此可能發生的損壞。在實施例中，彈性裝置通過環形彈簧58實現，其作為扭簧發生作用且在其一個端部60處和制動缸36連接并以另一個端部62保持固定在外殼上，特別是與固定在外殼18的保持元件64連接。

接下來將參照圖5a～8b進一步闡述本發明第一實施例驅動裝置的作用方式。

在圖5a、5b示出的第一馬達運轉中，未示出的馬達在標注為箭頭M1的第一轉動方向(圖中為逆時針方向)驅動馬達驅動軸12以及第二聯軸器構件26。結果，第二聯軸器構件26的凹部30的第一撞塊64(可能在通過部分空轉角度W之后)在圓周方向和第一聯軸器構件24的突起部28的第一撞塊66發生碰撞從而在轉動中與第二聯軸器構件24在方向M1上同步(圖5a)。如圖5b所示，在聯軸器構件24、26的轉動位置，制動體38通過開口50的內邊緣處的撞塊44保持在控制面42的中段56區域將從而解除制動體和制動缸36之間的夾持。從而將馬達的轉動轉換為第二聯軸器構件24和工作軸14在轉動方向M1上的轉動。

如果像圖6a所示反轉馬達的轉動方向，從而使第二聯軸器構件26在和第一轉動方向M1相反的第二轉動方向M2(圖中為順時針方向)上轉動，那么和凹部30的第一撞塊64相對的凹部30的第二撞塊68將撞擊和突起部28的第一撞塊66相對的突起部28的第二撞塊70(也許在通過了至少一部分空轉角度W之后)，從而使第二聯軸器構件26和第一聯軸器構件24在第二轉動方向同步。如圖6b所示，在該轉動位置，位于第二聯軸器構件26的開口50內壁處的第二撞塊46緊靠制動體38并將制動體保持在控制面42的中段56中，從而使制動體38在第二轉動方向的轉動中也不和制動缸36夾持，并且不會妨礙聯軸器構件24、26相對于制動缸36的共同轉動。結果在第二轉動方向將馬達驅動軸12的轉動力傳遞至工作軸14。

圖7a、7b示出了這樣的情況，即，第一轉動方向M1的轉動力被輸入到工作軸14且相應地，使第一聯軸器構件24在第一轉動方向M1轉動。那么第一聯軸器構件24和突起部28的第二撞塊70能夠到達位于凹部30的第二撞塊68處的設備從而使第一聯軸器構件和第二聯軸器構件26在第一轉動方向M1上同步。如圖7b所示，第一聯軸器構件24的控制面42具有這樣的外形，即，雖然制動體38有些遠離中段56且向著和控制面42的第一端部54相反的第二端部55移動，還是解除了制動體38和制動缸36的接合。對比圖6b和圖7b可見，控制面42在第一實施例中如此形成以至于第二聯軸器構件26的第二撞塊68與第一聯軸器24的第二撞塊70發生碰撞，制動體38能夠在不發揮和制動缸36的制動作用的情況下在開口50的相對的邊緣44、46之間自由移動。在將第一轉動方向M1的轉動力引入工作軸14時，基本上沒有制動力地將轉動傳遞至馬達驅動軸12。

如果第二轉動方向的轉動力作用于工作軸14，那么突起部28的第一撞塊66又能夠撞到凹部30的第一撞塊64，從而將第二轉動方向M2的轉動力從第一聯軸器構件24傳遞至第二聯軸器構件。如圖8b所示，在第一聯軸器構件24在第二轉動方向的轉動過程中，位于控制面42處的制動體38卻從中段56滾動至控制面42的端部54。因為在第二控制面42的端部54處，控制面42和制動缸36的制動面40之間的徑向距離會縮小，在此第二控制面42在制動缸36的方向逐漸按壓制動體38直至制動體38最終夾在制動缸36和控制面42之間。從而將第一聯軸器構件24的轉動力引入至制動缸36，該制動缸與外殼18固定地連接或通過彈簧裝置58連接。由此抑制了或完全阻止了第一聯軸器構件24的轉動，并且第一聯軸器構件的轉動因而只能受抑制地或完全不能轉換為馬達驅動軸12的轉動。

優選地，前述根據本發明第一實施例的驅動裝置能夠作為閥門控制裝置的部分來使用，其中在工作軸14處安裝有閥門，例如是汽車的門、建筑門或其它類似物，從而通過與馬達驅動軸12連接的馬達能夠機電地打開或關閉閥門。那么例如轉動方向M1可以是用于打開閥門的方向，從而與第一轉動方向M1相反的轉動方向M2就可以是用于關閉閥門的方向。根據上述圖5a、5b、6a、和6b的工作情況，則能夠開動馬達用于打開或關閉閥門，而且在通過使用者或基于重力或其它外部影響對閥門施加力的作用時，能夠在打開方向(圖7a、7b)和關閉方向(圖8a、8b)上將轉動力輸入至工作軸14。在示出的第一實施例中就能夠實現閥門的打開移動，例如通過使用者的手動操作實現閥門的打開移動，但是抑制或阻止閥門的關閉移動。這樣的閥門控制裝置例如在垂直方向偏轉的閥門(例如汽車的后備箱蓋)中是有利的，其中在馬達未受驅動時應該避免閥門基于重力的關閉移動，換言之，閥門應該保持或固定在已運轉到的設定位置上。

圖9示出了本發明的第二實施例。接下來將只詳細研究其與第一實施例的不同之處，其余的全部參閱前述內容及第一實施例的附圖。

第二實施例與第一實施例的不同之處在于控制面142的形式。控制面142的中段156具有這樣的與制動缸136的內側距離，其大于或等于布置其間的制動體138的直徑，因此制動體138能夠在中段156中滾動、自由移動或帶空隙地移動。隨著與中段156的距離(在第二實施例中的兩個方向中去向第一端部154和去向第二端部155)越來遠大，控制面142與制動缸136的距離在縮小。因此在離開中段156的移動中(不僅在第一轉動方向M1的方向而且在第二轉動方向M2的方向)制動體138總是夾在控制面142和制動缸138之間并且阻止了聯軸器構件和制動缸136之間的轉動，從而阻止了馬達驅動軸和工作軸相對于外殼的轉動。

第二實施例中驅動裝置允許以這種方式在兩個轉動方向M1和M2都能將轉動力從馬達驅動軸傳遞至工作軸，并且在兩個轉動方向M1和M2都抑制或阻止了從工作軸14方面引入了扭矩的轉動。當在上述類型的閥門控制裝置中使用這樣的驅動裝置時，那就會在兩個方向都將閥門固定在各個通過馬達設定的位置上，換言之，閥門能夠既不通過重力也不通過手動使用而繼續偏轉。